數(shù)字化技術(shù)用于“平拋運動的規(guī)律”教學(xué)設(shè)計

蔣守培

摘 要：本節(jié)課通過幾個創(chuàng)新實驗，特別是用拍攝出來的實驗視頻慢鏡頭播放，讓學(xué)生真切地感受到平拋運動的特點，同時利用計算機對實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理，使學(xué)生得到了平拋運動規(guī)律的定量表述。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；實驗探究；數(shù)字化技術(shù)；平拋運動；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0069-4

1 設(shè)計思想

本節(jié)課是人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》必修Ⅱ第六章第三節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生已經(jīng)知道運用“運動的合成與分解”的方法研究曲線運動，教材及許多參考資料所設(shè)計的探究平拋運動水平方向和豎直方向運動規(guī)律的實驗和方法中，都是將平拋運動與水平方向勻速運動、平拋運動與豎直方向自由落體運動在幾個位置通過對比得到結(jié)論。雖然可以說明問題，但對運動過程中的任意時刻卻缺乏說服力。

本節(jié)課充分挖掘生活題材，通過生活中的問題引入課題和實驗，激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分利用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)，通過實驗視頻慢鏡頭播放，讓學(xué)生充分地觀察平拋運動過程中的每一個細(xì)節(jié)，再通過計算機現(xiàn)場對數(shù)據(jù)的處理使學(xué)生真切地認(rèn)識平拋運動所遵循的規(guī)律。

2 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：知道平拋運動在水平和豎直方向上的運動特點，會描述平拋運動水平方向、豎直方向、運動軌跡所遵循的規(guī)律。

過程與方法：通過觀察、體驗所進(jìn)行的實驗理解平拋運動在水平、豎直方向的運動特點；通過采集實驗數(shù)據(jù)、運用計算機分析數(shù)據(jù)掌握平拋運動的規(guī)律。

情感、態(tài)度與價值觀：通過簡易的實驗器材，體驗科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實事求是、大膽質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

3 教學(xué)重點

知道平拋運動在水平方向、豎直方向的運動特點和函數(shù)規(guī)律，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法。

4 教學(xué)難點

運用控制變量的思想設(shè)計實驗方案；運用計算機Excel軟件分析函數(shù)規(guī)律。

5 教學(xué)流程（如圖1）

6 教學(xué)過程

6.1 引入課題

演示幾個曲線運動：

演示1：乒乓球斜向上拋出；

演示2：紙球水平拋出；

演示3：小鋼球水平拋出。

師：哪個是平拋運動？物理學(xué)中是如何定義平拋運動的？

生：閱讀課本，討論分析，回答問題。

師：用什么方法研究平拋運動的規(guī)律？

生：討論、交流、回答。

6.2 探究水平方向上的運動規(guī)律

師：水平勻速運動的汽車頂上落下一物體，下落到車底什么位置？

生：猜測、交流、回答。

師（生）：

實驗1：勻速運動的小車頂上下落小鋼球；

實驗2：改變小車的速度和小鋼球的高度，車頂下落小鋼球（如圖2）。

師生討論、交流后得到結(jié)論：小鋼球離開車頂后做平拋運動，在水平方向上以跟小車相同的速度做勻速運動。

追問：能否直觀看出平拋運動在水平方向始終做勻速直線運動呢？

首先，教師利用自制教具，演示一個小鋼球做平拋運動，同時另一個小鋼球在水平方向以相同速度做勻速運動（如圖3）；然后，借助課前錄制好的視頻，慢鏡頭播放，播放過程中隨機暫停幾次。

師生（總結(jié)）：平拋運動的物體，水平方向做勻速直線運動。

6.3 探究豎直方向上的運動規(guī)律

師：獵槍水平瞄準(zhǔn)獵物，開槍的同時，獵物開始下落，子彈能否打中獵物？

生：猜測、交流、回答。

師（生）：

實驗1：甲同學(xué)將一個小鋼球沿水平管中（吹）拋出，同時（小鋼球出口時觸動開關(guān)而斷開電源）另一個小鋼球在前方自由下落，兩球在空中相碰撞；

實驗2：乙同學(xué)同樣再做上述實驗，觀察兩球在空中相碰撞（如圖4）。

師生討論、交流后得到結(jié)論：鋼球在空中做平拋運動，豎直方向是自由落體運動。

追問：能否直觀看出平拋運動在豎直方向做自由落體運動呢？

教師利用自制教具，演示一個小鋼球做平拋運動，同時另一個小鋼球做自由落體運動；然后，借助課前錄制好的視頻，慢鏡頭播放，播放過程中隨機暫停幾次（如圖5）。

師生（總結(jié)）：平拋運動的物體，豎直方向做自由落體運動。

6.4 探究平拋運動的函數(shù)規(guī)律

師：平拋運動遵循哪些函數(shù)規(guī)律呢？

用計算機Excel軟件現(xiàn)場分析函數(shù)規(guī)律：先播放課前錄制好的小鋼球的平拋運動，再慢鏡頭播放一次，最后逐一播放幾張截圖（課前已經(jīng)準(zhǔn)備好，從運動開始，每隔0.02 s截一幅圖），學(xué)生在坐標(biāo)紙上標(biāo)出鋼球的位置，讀出坐標(biāo)（告訴學(xué)生截圖背景坐標(biāo)紙的邊長），將數(shù)據(jù)填寫在表格中（如圖6、7）。

6.4.1 水平方向的函數(shù)關(guān)系

師：在采集的數(shù)據(jù)中，用計算機Excel軟件處理數(shù)據(jù)，取時間（t）、水平位移（x）作圖線，列出函數(shù)關(guān)系式；

生（師）：圖線表示水平方向上的位移-時間圖像，函數(shù)式為水平方向的位移公式，t前面的系數(shù)為水平速度（實驗有誤差）（如圖8）。

6.4.2 豎直方向的函數(shù)關(guān)系

師：在采集的數(shù)據(jù)中，用計算機Excel軟件處理數(shù)據(jù)，取時間（t）、豎直位移（y）作圖線，列出函數(shù)關(guān)系式（如圖9）；

生（師）：圖線表示豎直方向上的位移-時間圖像，函數(shù)式為豎直方向的位移公式，t前面的系數(shù)為重力加速度的一半（實驗有誤差）。

6.4.3 運動軌跡的函數(shù)關(guān)系

師：在采集的數(shù)據(jù)中，用計算機Excel軟件處理數(shù)據(jù)，取水平方向位移（x）、豎直方向位移（y）作圖線，列出函數(shù)關(guān)系式（如圖10）；

生（師）：圖線表示小鋼球的運動軌跡，函數(shù)式為拋物線方程（實驗有誤差）。

6.4.4 平拋運動的速度函數(shù)關(guān)系

問：平拋運動在水平方向和豎直方向的速度遵循什么規(guī)律呢？

學(xué)生板演，教師點評（vx=v0、vy=gt）。

6.5 課堂小結(jié)

6.6 布置作業(yè)

師：課堂上我們將平拋運動分解成為水平方向的勻速運動和豎直方向的自由落體運動。為什么要這樣分解？還能不能有其他分解方式？

7 教學(xué)反思

7.1 教學(xué)不只是課程傳遞和執(zhí)行的過程，更是課程創(chuàng)生與開發(fā)的過程

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計源于教材實驗思想，應(yīng)注意充分挖掘生活題材，通過生活中的問題引入課題和實驗，激發(fā)學(xué)生的求知欲；通過運用計算機技術(shù)對數(shù)據(jù)處理的快捷、準(zhǔn)確、方便的特點，達(dá)到很好的效果。

7.2 教學(xué)不只是教師教學(xué)生學(xué)的過程，更是師生交流、積極互動、共同發(fā)展的過程

從對問題的討論、猜測，到實驗探究、合作交流、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，教師和學(xué)生已不僅是在傳授和學(xué)習(xí)知識，還是在一起分享科學(xué)探究的樂趣，更是在一起走過生命成長的歷程，已經(jīng)形成了一個“學(xué)習(xí)共同體”。

7.3 教學(xué)重結(jié)論也重過程

如果說知識與技能是這節(jié)課的“肌體”，那么，過程和方法則是這節(jié)課的“靈魂”，正是通過一個個實驗探究過程，讓學(xué)生了解了平拋運動的規(guī)律， 學(xué)習(xí)了科學(xué)探究的方法，體驗了科學(xué)探究的樂趣，形成了科學(xué)探究的意識。

7.4 教學(xué)要關(guān)注學(xué)科也要關(guān)注人

以前探討平拋運動幾乎全是從理論和計算方面來證明或討論，本教學(xué)設(shè)計關(guān)注實際生活和生產(chǎn)實際，并將實驗創(chuàng)造性地設(shè)計到學(xué)生的探究過程中，學(xué)生和老師的收獲不僅僅是一個個“驚喜”，更使這節(jié)課充滿了“物理味”和“人情味”。

參考文獻(xiàn)：

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